永磁型双机械端口电机的控制与应用研究130页

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1、 分类号分类号 密级密级 UDC 编号编号 中国科学院研究生院中国科学院研究生院博士学位论文博士学位论文永磁型双机械端口电机的控制与应用研究指指 导导 教教 师师 中国科学院电工研究所研究员中国科学院电工研究所研究员 申请学位级别申请学位级别 工学博士工学博士 学科专业名称学科专业名称 电力电子与电力传动电力电子与电力传动 论文提交日期论文提交日期 年年 月月论文答辩日期论文答辩日期 年年 月月 日日 培培 养养 单单 位位 中国科学院电工研究所中国科学院电工研究所 学位授予单位学位授予单位 中国科学院研究生院中国科学院研究生院 答辩委员会主席答辩委员会主席 研究员研究员 摘摘 要要双机械端口

2、电机是一种具有两个机械端口和两个电气端口的新型电机。与丰田 Prius 一样,基于该种电机的混合动力系统能够实现电力无级调速,已成为混合动力汽车研究领域中的一个热点。在查阅大量相关资料的基础上,本文作者针对永磁型双机械端口电机的应用中急需解决的控制问题展开研究,主要研究内容如下:推导出基于永磁型双机械端口电机的混合动力系统在各工作模式下的系统数学模型,建立了集永磁型双机械端口电机及其控制器、发动机、整车为一体的机电一体化仿真模型。 弱磁控制技术是永磁同步电机控制的重要研究内容。本文基于小信号分析方法,推导出永磁同步电机弱磁控制的传递函数,提出保证系统稳定的电流环和弱磁电压环调节器 PI 参数的

3、设计方法;设计了模糊自适应整定的弱磁 PI 控制器,将其应用于永磁型双机械端口电机的外电机控制,提高了弱磁电压调节器的动态响应速度、减小了系统超调。针对降低永磁型双机械端口内电机转速超调和提高其抗负载转矩扰动能力两个应用问题,设计了 I-P 型速度控制器,实现了内电机转速环的小超调控制,减小了启/停发动机过程中作用在内外电机上的突变转矩;设计了一种基于电磁转矩反馈补偿的新型 I-P 速度控制器,提高了内电机速度环的抗负载转矩扰动能力,这是实现混合动力系统的动态功率优化分配的基础。上述永磁型双机械端口电机控制方法的有效性经过了仿真和实验的验证。 上述研究成果应用于“863”课题(北汽自主品牌混合

4、动力汽车用 EVT 系统的开发)的永磁型双机械端口电机控制。经过国家交通部实验场的动力性能测试,该车达到了最初的设计指标,即最高车速 124km/h,爬坡度为标准坡道30%,百公里加速时间小于 30s。关键词关键词: 永磁型双机械端口电机 PI 参数 模糊自适应 PI 控制器 机电一体化仿真 IP 速度控制器 电磁转矩反馈补偿 抗负载转矩扰动The Study on Control and Application of Permanent Magnet Dual Mechnical Ports MachineGuo Xinhua (Power Electronics and Motor Dri

5、ves) Directed by Wen XuhuiAbstractThe Dual Mechanical Ports Machine (DMPM) is a novel motor with two mechanical ports and two electrical ports. The hybrid powertrain system based on such machine is becoming the research hotspot because it has the same functionality as the Toyota Prius and can achiev

6、e Electric Variable Transmission. Based on an extensive literature review, this dissertation focuses on the urgent issues in the control and application of Permanent Magnet Dual Machnical Ports Machine (PMDMPM). The main contents are as follows: The mathematical model of system in different working

7、modes for the hybrid powertrain system based on DMPM is deduced, and the electromechanical integration simulation model has been constructed with a set of DMPM and its controller, ICE and vehicle as a whole. The flux-weakening control is the key research issue for permanent magnet synchronous motor.

8、 Based on the small signal mode, the transfer function of the flux- weakening control of PMSM is developed; the design method of PI parameters for current and flux-weakening voltage regulation loops is further proposed, which can guarantee the stability of the system; the flux-weakening PI controlle

9、r of fuzzy self- adaptive has been designed and was used to control the outer motor of PMDMPM, which enhanced the dynamic response speed and reduced the overshoot of system. In order to solved the issues of reducing the speed overshoot of inner motor and improving the capacity of anti-load-torque-di

10、sturbance of speed loop, the IP speed controller is designed, which achieved the small overshoot of inners speed and reduced the mutation-torque on the inner and outer motors when the ICE is start or stop. A novel IP speed controller based on electromagnet torque feedback compensation is presented,

11、which improved the capacity of anti-load-torque-disturbance of speed loop, and this is the basis of optimal power flow control in hybrid powertrain system. The control methods of Permanent Magnet Dual Machnical Ports Mahine discussed above have been validated by simulations and experiments. The rese

12、arch results discussed above have been applied to the control of Permanent Magnet Dual Machnical Ports Machine in the national “863” projectBeijing Automotive SUV development. According to the power performance test carried out by the Proving Ground of the Ministry of Transport, the hybrid electric

13、vehicle based on DMPM met the original design indices; the highest vehicle speed is up to 124km/h; the most grading climbing is 30% and the acceleration time from 0 to 100km/h is less than 30s.Key Word: Permanent Magnet Dual Mechnical Ports Machine(PMDMPM); PI Parameters; Fuzzy Self-adaptive PI Controller; Electromechanical Integration Simulation; IP Speed Controller; Electromagnet Torque Feedback Compensation; Anti Load Torque Disturbance;目目 录录摘摘 要要.IAbstract.III目目 录录.V图图 目目 录录.VII表表 目目 录录.

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